Bài giảng cấp thoát nước

Nhiệm vụ c a m n học là cung cấp những kiến thức cơ bản về các hệ thống cấp - thoát nước, tính toán thiết kế hệ thống cấp thoát nước bên trong các c ng trình xây dựng dân dụng và c ng ng

TS PHẠM VĂN TỈNH, ThS DƯƠNG MẠNH HÙNG

BÀI GIẢNG CẤP THOÁT NƯỚC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2019

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

LỜI NÓI ĐẦU 1

Phần 1 HỆ THỐNG CẤP NƯỚC 3

Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CẤP NƯỚC 3 1.1 Tổng quan về hệ thống cấp nước 3

1.1.1 Khái niệm và các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống cấp nước 3

1.1.2 Phân loại hệ thống cấp nước 5

1.1.3 Lựa chọn hệ thống cấp nước 8

1.2 Các loại nhu cầu dùng nước 9

1.2.1 Nước dùng cho sinh hoạt 9

1.2.2 Nước dùng cho sản xuất 10

1.2.3 Nước dùng cho chữa cháy 10

1.3 Tiêu chuẩn và chế độ dùng nước 10

1.3.1 Khái niệm 10

1.3.2 Các loại tiêu chuẩn dùng nước 10

1.3.3 Chế độ dùng nước 14

1.4 Xác định lưu lư ng, c ng suất và chế độ hoạt động c a hệ thống cấp nước 17 1.4.1 Lưu lượng của hệ thống cấp nước 17

1.4.2 C ng suất cấp nước và chế độ hoạt động của hệ thống 19

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1 22

Chương 2 NGUỒN NƯỚC, CÔNG TRÌNH THU NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC 23 2.1 Nguồn nước 23

2.1.1 Nguồn nước ngầm 23

2.1.2 Nguồn nước mặt 24

2.1.3 Nguồn nước mưa 25

2.2 C ng trình thu nước 25

2.2.1 C ng trình thu nước ngầm 25

2.2.2 C ng trình thu nước mặt 28

2.3 Xử lý nước 30

2.3.1 Tính chất nước thiên nhiên và yêu cầu chất lượng nước cấp 30

2.3.2 Các phương pháp và dây chuyền c ng nghệ xử lý nước cấp 32

2.3.3 Khử trùng nước cấp 39

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2 42

Chương 3 MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC BÊN NGOÀI CÔNG TRÌNH 43

3.1 Sơ đồ và nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới cấp nước 43

3.1.1 Khái niệm 43

3.1.2 Sơ đồ mạng lưới cấp nước 43

3.1.3 Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới cấp nước 45

3.2 Tính toán mạng lưới cấp nước 46

3.2.1 Các trường hợp tính toán mạng lưới và giả thiết tính toán 46

3.2.2 Tính toán thuỷ lực mạng lưới cụt 48

3.2.3 Tính toán thuỷ lực mạng lưới vòng 54

3.3 Cấu tạo mạng lưới cấp nước 60

3.3.1 Các yêu cầu cơ bản đối với mạng lưới đường ống 60

3.3.2 Các loại ống cấp nước và phương pháp nối ống 60

3.3.3 Nguyên tắc bố trí đường ống cấp nước 62

3.3.4 Các thiết bị và c ng trình trên mạng lưới cấp nước 63

3.4 Các c ng trình điều hòa và dự trữ nước 64

3.4.1 Phân loại các c ng trình điều hòa và dự trữ nước 64

3.4.2 Đài nước 64

3.4.3 Bể chứa nước sạch 69

3.4.4 Trạm khí nén 74

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3 76

Chương 4 HỆ THỐNG CẤP NƯỚC BÊN TRONG CÔNG TRÌNH 77

4.1 Giới thiệu chung hệ thống cấp nước bên trong c ng trình 77

4.1.1 Chức năng và sơ đồ hệ thống cấp nước bên trong c ng trình 77

4.1.2 Ký hiệu các bộ phận hệ thống cấp nước bên trong c ng trình 78

4.2 Phân loại các sơ đồ hệ thống hệ thống cấp nước bên trong c ng trình 78

4.2.1 Theo chức năng 78

4.2.2 Theo áp lực nước trong đường ống ngoài phố 79

4.2.3 Theo cách bố trí đường ống 84

4.3 Tính toán th y lực mạng lưới cấp nước bên trong c ng trình 84

4.3.1 Áp lực cần thiết của hệ thống cấp nước 84

4.3.2 Xác định lưu lượng tính toán 87

4.3.3 Tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước bên trong c ng trình 91

4.4 Các c ng trình trong hệ thống cấp nước trong nhà 92

4.4.1 Trạm bơm cấp nước trong nhà 92

4.4.2 Két nước mái và bể chứa nước ngầm 93

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 4 96

Phần 2 HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC 97

Chương 5 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC 97

5.1 Hệ thống thoát nước và các sơ đồ thoát nước 97

5.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống thoát nước và các loại nước thải 97

5.1.2 Các loại hệ thống thoát nước 98

5.1.3 Các sơ đồ thoát nước 102

5.2 Những vấn đề cơ bản về thiết kế hệ thống thoát nước 105

5.2.1 Những tài liệu cơ sở để thiết kế 105

5.2.2 Dân số tính toán 106

5.2.3 Tiêu chuẩn và chế độ thải nước 106

5.2.4 C ng thức xác định lưu lượng tính toán nước thải 107

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 5 109

Chương 6 HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC BÊN TRONG CÔNG TRÌNH 110

6.1 Phân loại và các sơ đồ hệ thống thoát nước bên trong c ng trình 110

6.1.1 Chức năng nhiệm vụ hệ thống thoát nước bên trong c ng trình 110

6.1.2 Phân loại hệ thống thoát nước bên trong c ng trình 110

6.2 Các bộ phận c a hệ thống thoát nước trong c ng trình 111

6.2.1 Thiết bị thu nước thải 111

6.2.2 Xi ph ng/tấm chắn thủy lực 112

6.2.3 Mạng lưới thoát nước bên trong c ng trình 112

6.3 Tính toán mạng lưới thoát nước bên trong c ng trình 116

6.3.1 Xác định lưu lượng nước thải tính toán 116

6.3.2 Tính toán thuỷ lực mạng lưới thoát nước trong nhà 118

6.3.3 Kiểm tra kết quả tính toán 121

6.4 Hệ thống thoát nước mưa trên mái nhà 123

6.4.1 Nhiệm vụ 123

6.4.2 Sơ đồ cấu tạo 123

6.4.3 Tính toán lưu lượng nước mưa 124

6.4.4 Xác định đường kính ống đứng thoát nước mưa 125

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 6 126

Chương 7 MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ 127

7.1 Nguyên tắc và các phương án vạch tuyến mạng lưới thoát nước 127

7.1.1 Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới thoát nước 127

7.1.2 Trình tự vạch tuyến mạng lưới thoát nước đ thị 127

7.1.3 Các phương án vạch tuyến 128

7.2 Bố trí ống - Độ sâu ch n ống 129

7.3 Xác định lưu lư ng cho từng đoạn ống ống 130

7.4 Nguyên tắc cấu tạo và tính toán th y lực mạng lưới thoát nước 131

7.4.1 Nguyên tắc cấu tạo 131

7.4.2 Tính toán thuỷ lực 132

7.5 Hệ thống thoát nước mưa 134

7.5.1 Cấu tạo hệ thống thoát nước mưa 134

7.5.2 Tính toán mạng lưới thoát nước mưa 135

7.6 Xử lý nước thải 138

7.6.1 Các phương pháp xử lý nước thải 138

7.6.2 Sơ đồ c ng nghệ xử lý nước thải 140

7.6.3 Tính toán c ng suất trạm xử lý nước thải 141

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 7 143

TÀI LIỆU THAM KHẢO 144

LỜI NÓI ĐẦU

Cấp thoát nước là m n học chuyên ngành quan trọng đối với sinh viên các ngành học liên quan đến tài nguyên nước nói chung và đối với sinh viên ngành

Kỹ thuật xây dựng - Trường Đại học Lâm nghiệp nói riêng Nhiệm vụ c a m n học là cung cấp những kiến thức cơ bản về các hệ thống cấp - thoát nước, tính toán thiết kế hệ thống cấp thoát nước bên trong các c ng trình xây dựng dân dụng và c ng nghiệp và hệ thống cấp thoát nước đ thị

Bài giảng “Cấp thoát nước” đư c biên soạn dựa trên các tài liệu tham khảo

chính thống trong và ngoài nước, các tiêu chuẩn về tính toán thiết kế hệ thống cấp, thoát nước c a Việt Nam Nội dung bài giảng đư c cập nhật, phù h p với thời lư ng đào tạo 3 tín chỉ và đư c chia làm hai phần chính:

(1) Hệ thống cấp nước: Từ chương 1 đến chương 4 Phần này ch yếu trình bày các khái niệm cơ bản, các nguồn cung cấp nước sạch và các phương pháp,

sơ đồ c ng nghệ xử lý nước thiên nhiên, các tài liệu cơ sở và phương pháp để tính toán thiết kế các hệ thống cấp nước bên trong các c ng trình xây dựng dân dụng và hệ thống cấp nước đ thị;

(2) Hệ thống thoát nước: Từ chương 5 đến chương 7 Phần này đề cập đến các khái niệm, các sơ đồ hệ thống thoát nước, các phương pháp tính toán thiết kế các hệ thống thoát nước bên trong c ng trình xây dựng và hệ thống thoát nước

đ thị

Nhóm tác giả xin trân trọng cảm ơn Bộ m n Kỹ thuật c ng trình, Hội đồng khoa học Khoa Cơ điện và C ng trình - Trường Đại học Lâm nghiệp, các nhà khoa học đã có ý kiến phản biện cho nội dung bài giảng

Mặc dù nhóm tác giả đã cố gắng chọn lọc những nội dung cơ bản, các phương pháp tính toán hiện đại, thực tế đang đư c áp dụng trong tính toán thiết

kế các hệ thống cấp thoát nước bên trong c ng trình và đ thị nhưng chắc chắn

kh ng tránh khỏi những sai sót và khiếm khuyết, rất mong nhận đư c sự góp ý

c a các thầy, c đồng nghiệp và các em sinh viên để cuốn bài giảng đư c hoàn thiện hơn trong lần xuất bản sau Các ý kiến đóng góp xin gửi về Bộ m n Kỹ thuật c ng trình - Khoa Cơ điện và C ng trình - Trường Đại học Lâm nghiệp

Nhóm tác giả

Phần 1

HỆ THỐNG CẤP NƯỚC

Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CẤP NƯỚC

Trạm bơm cấp I có nhiệm vụ đưa nước th từ c ng trình thu lên trạm xử lý nước Trạm bơm cấp I thường đặt riêng biệt bên ngoài trạm xử lý nước, có trường h p lấy nước từ xa Nếu hệ thống cấp nước kh ng phải xây dựng c ng trình thu nước thì trạm bơm cấp I bơm nước trực tiếp từ nguồn đến trạm xử lý nước Trường h p sử dụng nguồn nước mặt, trạm bơm cấp I có thể kết h p với

c ng trình thu hoặc xây dựng riêng biệt Nếu lấy nước ngầm thì trạm bơm cấp I chính là trạm bơm giếng

Trạm xử lý nước có nhiệm vụ làm sạch nước nguồn (nước mặt hoặc nước ngầm) đạt chất lư ng nước sinh hoạt hoặc chất lư ng nước dùng cho sản xuất theo yêu cầu riêng bằng các dây chuyền c ng nghệ thích h p, sau đó đưa vào bể chứa nước sạch

C ng trình điều hòa nước gồm bể chứa nước sạch sau xử lý và đài nước Bể chứa nước sạch có nhiệm vụ điều hòa lưu lư ng giữa trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II Đài nước có nhiệm vụ điều hòa lưu lư ng nước giữa trạm bơm cấp

II và mạng lưới tiêu dùng

Trạm bơm cấp II có nhiệm vụ đưa nước đã xử lý từ bể chứa nước sạch vào mạng lưới tiêu dùng Bể chứa nước sạch và trạm bơm cấp II thường đặt trong khu vực trạm xử lý

Mạng lưới đường ống phân phối nước làm nhiệm vụ phân phối và dẫn nước tới các đối tư ng tiêu thụ Mạng lưới đường ống phân phối gồm mạng cấp

I là mạng truyền dẫn, mạng cấp II là mạng phân phối và mạng cấp III là mạng đấu nối với các ống cấp vào nhà Mạng lưới đường ống đư c phân thành ba cấp như trên để đảm bảo việc phân phối và quản lý tốt mạng lưới, giảm thất thoát nước trên mạng lưới Có những mạng lưới kh ng tuân theo cách cấu tạo trên, cho phép hộ tiêu dùng nước lấy nước trực tiếp từ mạng truyền dẫn bằng chi tiết nối là đai khởi th y dẫn tới việc làm tăng lư ng nước rò rỉ trên mạng lưới cấp nước Thực tế cho thấy, lư ng nước rò rỉ tại các đai khởi th y (nhất là các đai gia công kh ng đúng quy cách) chiếm tỷ lệ lớn trong tổng lư ng nước thất thoát Mạng lưới phân phối nước có các dạng:

+ Mạng lưới cụt (mạng nhánh): Thường dùng cho các đối tư ng cấp nước tạm thời như cấp nước cho c ng trường xây dựng hoặc các thị xã, thị trấn có quy

m nhỏ, vùng đ thị đang phát triển chưa hoàn chỉnh về quy hoạch;

+ Mạng lưới vòng: Dùng cho các đối tư ng cấp nước quy m lớn, thành phố có quy hoạch đã ổn định;

+ Mạng lưới kết h p mạng nhánh và mạng vòng: Dùng cho các thành phố, thị xã đang phát triển Khu trung tâm đã quy hoạch ổn định, hệ thống hạ tầng đã hoàn chỉnh thì lắp đặt mạng lưới vòng Còn khu vực đang phát triển thì lắp dặt mạng lưới cụt để khi hệ thống hạ tầng đã tương đối hoàn chỉnh thì nối thêm các đoạn ống để tạo thành mạng vòng

Tùy theo yêu cầu về chất lư ng nước, yêu cầu về các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và tùy theo điều kiện tự nhiên từng nơi người ta có thể:

+ Tổ h p lại c ng trình trong hệ thống: Có thể tổ h p các c ng trình trạm

xử lý, bể chứa nước sạch và trạm bơm cấp 2 thành một cụm c ng trình;

+ Có thể kh ng cần đài nước nếu hệ thống cấp nước có c ng suất lớn, nguồn điện lu n đảm bảo và bơm cấp 2 sử dụng là bơm ly tâm điều khiển tự động Cụ thể là các máy bơm c a trạm bơm cấp hai là máy bơm biến tần, vào giờ cao điểm các máy bơm hoạt động với c ng suất lớn để đảm bảo cung cấp đầy đ cho mạng lưới và vào những giờ thấp điểm dùng nước máy bơm hoạt động giảm c ng suất để phù h p Như vậy, với các máy bơm biến tần thì lưu

lư ng và áp lực nước tại mạng lưới sử dụng nước lu n đư c đảm bảo;

+ Có thể giảm bớt một số c ng trình trong hệ thống để phù h p với điều kiện c a từng hệ thống Ví dụ: Đối với hệ thống cấp nước cho n ng nghiệp nếu chất lư ng nước đ đảm bảo và địa hình dốc đều người ta có thể bỏ trạm xử lý nước, bể chứa, đài nước và trạm bơm cấp 2

1.1.1.2 Các yêu cầu cơ bản đối với một hệ thống cấp nước

Một hệ thống cấp nước cần thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau:

- Bảo đảm cấp đầy đ , liên tục lưu lư ng nước và cột áp cần thiết đến các nơi tiêu dùng;

- Bảo đảm chất lư ng nước đáp ứng các yêu cầu sử dụng;

- Giá thành xây dựng và quản lý thấp;

- Thi c ng và vận hành d dàng, thuận tiện, có khả năng tự động hóa và cơ giới hóa việc khai thác, xử lý và vận chuyển nước

1.1.2 Phân loại hệ thống cấp nước

1.1.2.1 Theo đối tượng phục vụ

- Hệ thống cấp nước đ thị: Phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt, sản xuất tại các khu tiểu th c ng nghiệp, tưới cây, tưới đường, chữa cháy cho khu đ thị

- Hệ thống cấp nước khu c ng nghiệp: Là hệ thống cấp nước cho sản xuất, sinh hoạt và nước tắm cho c ng nhân trong các khu c ng nghiệp

- Hệ thống cấp nước tưới n ng nghiệp: Thường đư c sử dụng cho các vùng trồng cây c ng nghiệp, cây ăn quả, các vùng kh hạn

Cấp nước cho c ng nghiệp và n ng nghiệp rất đa dạng và phong phú tùy từng đối tư ng mà nhu cầu dùng nước về lưu lư ng c ng như chất lư ng nước khác nhau Ví dụ: Với các ngành c ng nghiệp thực phẩm, thiết bị y tế thì đòi hỏi chất lư ng nước cao hơn rất nhiều so các ngành c ng nghiệp sản xuất giấy, thép

- Hệ thống cấp nước đường sắt: Là hệ thống phục vụ nhu cầu lấy nước c a các đoàn tàu khi dừng nghỉ tại các ga

- Hệ thống cấp nước chữa cháy: Phục vụ cho hoạt động chữa cháy và đư c

bố trí cả trong các khu dân cư c ng như các khu c ng nghiệp

1.1.2.3 Theo phương pháp sử dụng nước

- Hệ thống cấp nước trực tiếp: Nước dùng xong thải đi ngay (như hình 1.1

ở trên)

- Hệ thống cấp nước tuần hoàn: Nước chảy tuần hoàn trong một chu trình kín, nước dùng xong đư c gom vận chuyển đến các trạm xử lý nước và sau đó cấp lại cho đối tư ng sử dụng (hình 1.2)

Hình 1.2 Hệ thống cấp nước tuần hoàn

1 Các đối tượng sử dụng nước; 2 Ống dẫn nước đã qua sản xuất;

3 Trạm bơm nước đã qua sản xuất; 4 Trạm xử lý (làm nguội);

5 Nước cấp bổ sung; 6 Ống dẫn nước đã xử lý; 7 Trạm bơm nước đã xử lý;

8 Ống dẫn nước tới các đối tượng sử dụng nước

- Hệ thống cấp nước liên tục (dùng lại): Nước có thể dùng lại một vài lần rồi mới thải đi, thường áp dụng trong c ng nghiệp (hình 1.3)

5

Hình 1.3 Hệ thống cấp nước liên tục

1 C ng trình thu nước; 2 Trạm bơm cấp 1; 3 Trạm xử lý và bể chứa;

4 2 5 Cá đ t ợ dù 6 đã qua sả xu t

7 Trạm bơm cấp III; 8 Trạm xử lý; 9 Cửa xả nước đã xử lý

1.1.2.4 Theo nguồn nước

- Hệ thống cấp nước từ nguồn nước mặt: Nước mặt ch yếu do nước mưa cung cấp Nước mặt lấy từ các nguồn như ao, hồ, suối, s ng và có thể là nước biển để xử lý và cung cấp cho hệ thống Sơ đồ cấp nước từ nguồn nước mặt

đư c thể hiện như hình 1.1

- Hệ thống cấp nước từ nguồn nước ngầm: Là hệ thống cấp nước lấy nguồn nước từ nước ngầm trong lòng đất (hình 1.4)

Hình 1.4 Hệ thống cấp nước từ nguồn nước ngầm

1 C ng trình thu nước; 2 Trạm bơm cấp I; 3 Trạm xử lý; 4 Bể chứa nước sạch;

5 Trạm bơm cấp II; 6 Đài nước; 7 Đường ống cao áp;

8 Mạng lưới phân phối nước

1.1.2.5 Theo nguyên tắc làm việc

- Hệ thống cấp nước có áp: Nước chảy trong ống chịu áp lực do bơm hoặc

bể chứa nước trên cao tạo ra

- Hệ thống cấp nước tự chảy (kh ng áp): Nước tự chảy theo ống hoặc mương hở do chênh lệch địa hình

- Hệ thống cấp nước bên trong c ng trình: Hệ thống cấp nước đến các thiết

bị dùng nước trong nhà như trang thiết bị vệ sinh, chậu rửa

1.1.2.7 Theo phương pháp chữa cháy

- Hệ thống cấp nước chữa cháy áp lực thấp: p lực nước ở mạng lưới đường ống cấp nước thấp nên phải dùng bơm đặt trên xe chữa cháy nhằm tạo ra

áp lực cần thiết để dập tắt đám cháy

- Hệ thống cấp nước chữa cháy áp lực cao: p lực nước trên mạng lưới đường ống đảm bảo đưa nước tới mọi nơi chữa cháy, do đó đội phòng cháy chữa cháy chỉ việc lắp ống vải gai vào họng chữa cháy trên mạng lưới đường ống để lấy nước chữa cháy

Việc phân loại trên đây chỉ mang tính chất tương đối vì các hệ thống có thể có ý ngh a đan xen nhau, kh ng tách rời nhau, trong cái này có cái kia và ngư c lại

1.1.3 Lựa chọn hệ thống cấp nước

Việc lựa chọn sơ đồ hệ thống cấp nước cho một đối tư ng cụ thể trong thiết

kế là việc rất quan trọng vì nó s quyết định giá thành xây dựng, quản lý và vận hành c a hệ thống Vì vậy, khi thiết kế phải nghiên cứu thật đầy đ các yếu tố sau đây, tiến hành tính toán so sánh các phương án về mặt kinh tế - kỹ thuật để

có thể lựa chọn một sơ đồ h p lý:

- Về điều kiện tự nhiên: Trước hết là nguồn nước (cần xem xét vấn đề bảo

vệ và sử dụng tổng h p các nguồn nước, đảm bảo cung cấp đầy đ lưu lư ng cho nhu cầu hiện tại và khả năng phát triển trong tương lai), sau đó là các yếu tố

th y văn và các điều kiện về địa hình trong khu vực;

- Yêu cầu c a đối tư ng dùng nước về lưu lư ng, chất lư ng và áp lực c a nước cấp;

- Khả năng thực thi khối lư ng xây dựng và thiết bị kỹ thuật, thời gian, giá thành xây dựng và quản lý;

- Phải dựa vào sơ đồ quy hoạch chung và đồ án thiết kế xây dựng khu dân

cư và c ng nghiệp;

- Phải phối h p việc thiết kế hệ thống thoát nước

Để có một sơ đồ hệ thống cấp nước h p lý cần so sánh nhiều phương án, phải tiến hành so sánh toàn bộ c ng như từng bộ phận c a sơ đồ để có đư c sơ

đồ hệ thống h p lý, hiệu quả kinh tế cao Việc so sánh s dựa trên cơ sở các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật sau đây:

- Giá thành đầu tư xây dựng;

- Chi phí quản lý hàng năm;

- Chi phí xây dựng cho 1 m3 nước tính theo c ng suất ngày trung bình chung cho cả hệ thống và trạm xử lý;

- Chi phí điện năng cho 1 m3 nước;

- Giá thành xử lý và giá thành sản phẩm c a 1 m3 nước

1.2 Các loại nhu cầu dùng nước

Nhu cầu dùng nước là lư ng nước đư c dùng cho các mục đích khác nhau trong sinh hoạt, trong sản xuất và các mục đích khác, phụ thuộc vào bậc tin cậy

c a hệ thống (phụ lục 01) Có thể chia thành ba loại nhu cầu dùng nước: cho sinh hoạt, cho sản xuất và cho chữa cháy

1.2.1 Nước dùng cho sinh hoạt

Là loại nước phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt c a con người như nước dùng

để ăn, uống, tắm rửa, giặt, cho các khu vệ sinh, tưới đường, tưới cây Loại nước này chiếm đa số trong các khu dân cư Hệ thống cấp nước cho sinh hoạt là phổ biến nhất và chiếm tỷ lệ lớn trong tổng số các hệ thống cấp nước hiện có Nước dùng cho sinh hoạt phải đảm bảo các tiêu chí về hóa học, lý học và vi sinh theo các yêu cầu c a quy phạm đề ra, kh ng chứa các thành phần lý, hóa học và vi sinh ảnh hưởng đến sức khỏe c a con người Đối với một hệ thống cấp nước hiện đại và hoàn chỉnh, nước ở bất kỳ một điểm lấy nước nào trên hệ thống đều là nước uống trực tiếp đư c

1.2.2 Nước dùng cho sản xuất

Có rất nhiều ngành c ng nghiệp dùng nước với yêu cầu về lưu lư ng và chất lư ng rất khác nhau Có ngành yêu cầu chất lư ng nước kh ng cao nhưng

số lư ng lớn như nước cấp cho các ngành c ng nghiệp luyện kim, hóa chất Ngư c lại có những ngành yêu cầu số lư ng nước kh ng lớn nhưng với chất

lư ng rất cao như yêu cầu nước cho ngành thực phẩm, phim ảnh, sản xuất thiết

bị y tế

Lư ng nước cấp cho sản xuất c a một nhà máy có thể tương đương với nhu cầu dùng nước c a một đ thị có dân số hàng chục vạn dân

1.2.3 Nước dùng cho chữa cháy

Dù là khu vực dân cư hay khu c ng nghiệp đều có khả năng xảy ra cháy

Vì vậy, hệ thống cấp nước cho sinh hoạt hay sản xuất đều phải tính đến trường h p có cháy Nước dùng cho việc chữa cháy lu n dự trữ trong bể chứa nước sạch trong hệ thống Khi tính toán mạng lưới đường ống phân phối cần tính đến khả năng làm việc c a mạng lưới khi có cháy xảy ra trong giờ dùng nước lớn nhất

1.3 Tiêu chuẩn và chế độ dùng nước

1.3.1 Khái niệm

Tiêu chuẩn dùng nước là lư ng nước trung bình tính cho 1 đơn vị tiêu thụ trong 1 đơn vị thời gian hay cho 1 đơn vị sản phẩm, tính bằng l người ngày,

l người ca sản xuất hay l đơn vị sản phẩm

Tiêu chuẩn dùng nước là th ng số rất cơ bản khi thiết kế hệ thống cấp nước, dùng để xác định quy m hay c ng suất cấp nước cho đ thị, khu dân cư,

khu c ng nghiệp…

1.3.2 Các loại tiêu chuẩn dùng nước

Có nhiều loại tiêu chuẩn dùng nước: tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt, tiêu chuẩn dùng nước sản xuất (c ng nghiệp), tiêu chuẩn dùng nước tưới cây, đường, tiêu chuẩn dùng nước chữa cháy và tiêu chuẩn dùng nước cho một số nhu cầu khác

1.3.2.1 Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt

Là lư ng nước tiêu thụ trong sinh hoạt, ăn uống kh ng đồng đều theo thời gian đư c tính theo bình quân đầu người (l người ngày đêm) Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: mức độ trang bị kỹ thuật

vệ sinh bên trong nhà c a dân cư, điều kiện khí hậu địa phương, điều kiện kinh

tế c a khu vực, phong tục tập quán…

Để phản ánh chế độ làm việc c a các c ng trình trong hệ thống cấp nước theo thời gian, nhất là trạm bơm cấp 2, người ta đưa ra về khái niệm về hệ số

kh ng điều hoà giờ: Kgiờ (là tỷ số giữa lưu lư ng tối đa và lưu lư ng trung bình giờ trong ngày cấp nước tối đa, Kgiờ = 1,3 - 1,7 tuỳ thuộc vào quy m thành phố, thành phố lớn thì Kgiờ nhỏ và ngư c lại Chế độ dùng nước cho các khu dân cư

và c ng sở theo giờ tham khảo tại phụ lục 04

Để phản ánh c ng suất c a hệ thống trong ngày dùng nước tối đa, thường là

về mùa nóng, với c ng suất dùng nước trong ngày trung bình (tính trong năm) người ta đưa vào hệ số kh ng điều hoà ngày đêm: Kngđ = 1,35 - 1,5

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt và hệ số h ng điều hoà K giờ

cho hu d n cư đ thị

Đối tượng sử dụng Tiêu chuẩn bình

qu n (l/người/ngđ)

Hệ số h ng điều hòa giờ (K giờ )

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt theo m c độ tiện nghi các nhà

M c độ tiện nghi các nhà Tiêu chuẩn bình

qu n (l/người.ngđ)

Hệ số h ng điều hòa giờ (K giờ )

Nhà có vòi nước riêng, kh ng có

Nhà có thiết bị vệ sinh, tắm hoa sen

và hệ thống thoát nước bên trong 100 - 150 1,8 - 1,7 Nhà có thiết bị vệ sinh, chậu tắm và

hệ thống thoát nước bên trong 150 - 250 1,7 - 1,4 Như trên và có nước nóng tắm cục bộ 200 - 300 1,5 - 1,3

* Khi chưa có số liệu cụ thể về mật độ dân cư phân loại theo mức độ tiện nghi có thể lấy tiêu chuẩn bình quân như sau:

Cho phép thay đổi tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt c a điểm dân cư trong khoảng 10 - 20 tùy theo điều kiện khí hậu, mức độ tiện nghi và các điều kiện địa phương khác nhau Trong các tiêu chuẩn đó nếu có hai giá trị giới hạn thì giới hạn dưới (thấp) s áp dụng cho các vùng cao, một phần vùng trung du và một phần nhỏ vùng đồng bằng ngh o, còn giới hạn trên áp dụng cho các khu dân

cư mới xây dựng, vùng đồng bằng, trung du, duyên hải, vùng ảnh hưởng c a gió nóng có nhiệt độ trung bình cao, các thị xã, thành phố

1.3.2.2 Tiêu chuẩn dùng nước cho c ng nghiệp

Tiêu chuẩn dùng nước cho các khu c ng nghiệp bao gồm tiêu chuẩn dùng nước cho sản xuất, tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt c a c ng nhân và tiêu chuẩn dùng nước tắm c a c ng nhân trong các khu c ng nghiệp

- Tiêu chuẩn dùng nước cho sản xuất c ng nghiệp đư c xác định dựa trên

cơ sở dây chuyền c ng nghệ sản xuất do cơ quan thiết kế c ng nghệ hay cơ quan

quản lý cung cấp Tiêu chuẩn đư c tính theo đơn vị sản phẩm (Phụ lục 1.5)

- Tiêu chuẩn dùng nước cho sinh hoạt c a c ng nhân c ng nghiệp phụ thuộc vào lư ng nhiệt tỏa ra nhiều hay ít trong các phân xưởng sản xuất, xác định theo bảng 1.3:

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt cho công nhân

Loại ph n xư ng Tiêu chuẩn

(l/người/ca)

Hệ số h ng điều hòa giờ (K giờ )

Phân xưởng tỏa nhiệt trên 20 kcal/m3

Tiêu chuẩn dùng nước tắm sau ca sản xuất đư c quy định là 300 l giờ cho một bộ vòi tắm hoa sen với thời gian tắm là 45 phút Số vòi tắm tính theo số

lư ng c ng nhân trong ca đ ng nhất và đặc điểm vệ sinh c a quá trình sản xuất,

có thể lấy theo bảng 1.4 dưới đây:

Bảng 1.4 Số c ng nh n sử dụng một bộ vòi tắm hoa sen theo đặc điểm

vệ sinh của quá trình sản xuất

Đặc điểm vệ sinh của quá trình sản xuất Số người sử dụng tính cho

một bộ sen tắm (người)

- Kh ng làm bẩn quần áo và tay chân 30

- Thải nhiều bụi hay các chất bẩn độc 6

Trong trường h p nước cấp cho khu c ng nghiệp địa phương phân bố phân tán thì tổng nhu cầu nước cấp có thể lấy bằng 5 - 10 lư ng nước sinh hoạt, ăn uống tối đa c a điểm dân cư đ thị

1.3.2.3 Tiêu chuẩn dùng nước tưới cây, rửa đường

Tiêu chuẩn dùng nước tưới phụ thuộc vào loại mặt đường, cây trồng, đặc điểm khí hậu, phương tiện tưới (cơ giới, th c ng) lấy từ 0,3 đến 6 l m2 cho một lần tưới theo bảng 1.5 Số lần tưới cần xác định theo điều kiện từng địa phương Khi thiếu các số liệu quy hoạch thì lưu lư ng nước dùng để tưới có thể tính theo dân số, lấy khoảng 8 đến 12 tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt (tùy theo điều kiện khí hậu, nguồn nước, mức độ hoàn thiện c a các khu dân cư và các điều kiện tự nhiên khác)

Bảng 1.5 Tiêu chuẩn dùng để tưới c y, rửa đường Mục đích dùng nước Đơn vị tính Tiêu chuẩn cho

3  4

4  6

10  15

1.3.2.4 Tiêu chuẩn dùng nước dùng cho chữa cháy

Lưu lư ng nước chữa cháy, số đám cháy đồng thời, thời gian cháy, áp lực nước chữa cháy cho 1 điểm dân cư phụ thuộc quy m dân số, số tầng, bậc chịu lửa và mạng lưới đường ống nước chữa cháy quy định trong TCVN 2622:1995

Bảng 1.6 Tiêu chuẩn nước chữa cháy cho các hu d n cư đ thị

theo số d n và số đám cháy đồng thời

Số d n

(1.000

người)

Số đám cháy đồng thời

Lưu lượng cho một đám cháy, l/s Nhà hai tầng

với các bậc chịu lửa

Nhà h n hợp các tầng h ng phụ thuộc bậc chịu lửa

Nhà ba tầng

h ng phụ thuộc bậc chịu lửa

1.3.2.5 Tiêu chuẩn dùng nước khác

- Nước thất thoát do rò rỉ: Tùy thuộc vào tình trạng mạng lưới phân phối có thể lấy từ 10 - 20 tổng lư ng nước cấp trong hệ thống Thực tế hiện nay, hầu hết các hệ thống cấp nước có tỉ lệ thất thoát nước quá cao, dao động từ 15 -

50 Theo định hướng cấp nước đ thị đến 2020 chỉ tiêu phấn đấu giảm tỉ lệ thất thoát xuống dưới 20

- Nước dùng cho khu xử lý: Sơ bộ có thể lấy bằng 4 - 6% lưu lư ng nước cấp trong hệ thống (trị số nhỏ dùng cho c ng suất > 20.000 m3 ngđ và ngư c lại)

thống cấp nước Chế độ dùng nước c a các khu đ thị hoặc c ng nghiệp lu n dao động, phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, chế độ làm việc, nghỉ ngơi c a con người, chế độ hoạt động c a nhà máy… Chế độ dùng nước đư c xây dựng trên

cơ sở điều tra thực nghiệm cho từng đối tư ng hoặc từng khu vực cấp nước và

đư c biểu di n bằng bảng thống kê lư ng nước tiêu thụ theo từng giờ trong ngày đêm (biểu đồ dùng nước) như hình 1.5

Hình 1.5 Dạng biểu đồ dùng nước trong một ngày đêm

Để biểu thị sự dao động trong chế độ dùng nước c a các khu đ thị, khu

c ng nghiệp người ta dùng hệ số kh ng điều hòa (HSKĐH), ký hiệu là K đư c phân thành HSKĐH ngày và HSKĐH giờ lớn nhất và nhỏ nhất

gio

K ) và HSKĐH giờ nhỏ nhất ( min

Q

ngđ

max ngđ max

9 0 7 0 Q

Q

ngđ

min ngđ min

Đối với các thành phố có qui m lớn, nằm trong vùng có điều kiện khí hậu

kh nóng quanh năm như: Thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, V ng Tàu…, có thể áp dụng ở mức:

2 1 1 1

K ngđ max 

9 0 8 0

K ngđ min  

0 3 4 1

6 0 4 0

Trong đó:

+ max min

, tb và

Q Q Q : Lưu lư ng tính toán nhiều nhất, lưu lư ng trung bình và

ít nhất c a ngày hoặc giờ trong năm;

+ : Hệ số kể đến mức độ tiện nghi c a c ng trình, chế độ làm việc c a cơ sở sản xuất và các điều kiện khác c a địa phương, max = 1.4 ÷ 1.5; min = 0.4 ÷ 0.6; + : Hệ số kể đến số dân trong khu dân cư (phụ thuộc số dân), lấy theo bảng 1.7:

Hệ số kh ng điều hòa phụ thuộc vào cách tổ chức đời sống xã hội, chế độ làm việc c a các xí nghiệp c ng nghiệp, mức độ tiện nghi c a khu dân cư và sự thay đổi chế độ dùng nước c a từng nơi Tiêu chuẩn dùng nước càng cao thì hệ

số khu ng điều hòa càng thấp

1.4 Xác định lư lư ng, c ng ch đ h đ ng c hệ hống c p nước

1.4.1 Lưu lượng của hệ thống cấp nước

1.4.1.1 Lưu lượng nước dùng cho nhu cầu sinh hoạt

Giả sử hệ thống cấp nước đảm nhiệm cấp nước cho n khu vực có số dân,

tiêu chuẩn dùng nước và tỷ lệ dân số đư c cung cấp nước thì lưu lư ng ngày tính toán (trung bình trong năm, ngày lớn nhất, ngày nhỏ nhất) và lưu lư ng giờ (lớn nhất, nhỏ nhất) cho hệ thống cấp nước tập trung đư c xác định theo c ng thức 1.5 - 1.7:

1000

f N q

Q ngđ SH _ TB  SH _ i i i

max ngđ

SH TB _ ngđ

SH max _

/ngđ) (1.6a)

min ngđ

SH TB _ ngđ

SH min _

max gio

SH max _ ngđ SH

max _

SH min _ ngđ SH

min _

K K : Hệ số kh ng điều hoà lớn nhất và nhỏ nhất giờ;

+ N i : Dân số tính toán c a khu dân cư thứ i (người);

+ q SH_i: Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt ngày đêm c a khu vực dân cư thứ

i (l người.ngđ)

1.4.1.2 Lưu lượng nước tưới cây, rửa đường

F q 10 1000

F q 10000

Q ngđ tuoi t t  t t

(m3 ngđ) (1.8a)

T

Q Q

ngd t tuoi

Trong đó:

+ tuoi, tuoi

Q Q : Lưu lư ng nước tưới trong 1 ngày đêm, giờ;

+ F t: Diện tích cây, đường cần tưới (ha);

+ q t: Tiêu chuẩn nước tưới cây, đường (l m2.ngđ);

+ T: Thời gian tưới trong ngày đêm (có thể tham khảo thời gian tưới đường

bằng máy từ 8h - 16h; tưới cây bằng tay từ 5h - 8h và 16 - 19h hàng ngày)

1.4.1.3 Lưu lượng nước dùng cho khu c ng nghiệp

a) Lưu lượng nước sinh hoạt cho c ng nhân làm việc tại nhà máy

1000

N q N q

Q ngđ SHCN  n 1 l 2

(m3 ngđ) (1.9a)

1000

N q N q

Q ca SHCN  n 3  l 4

(m3/ca) (1.9b)

T

Q Q

0

SHCN ca SHCN

/h) (1.9c) Trong đó:

+ Q ngđ SHCN,Q ca SHCN,Q gio SHCN: Lưu lư ng nước sinh hoạt c a c ng nhân trong 1 ngày đêm, 1 ca, 1 giờ làm việc;

+ q n , q l: Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt c a c ng nhân phân xưởng nóng

và lạnh (l người.ca);

+ N 1 , N 2: Số c ng nhân trong phân xưởng nóng và lạnh trong ngày (người);

+ N 3 , N 4: Số c ng nhân trong phân xưởng nóng và lạnh trong ca (người;)

+ T 0: Thời gian làm việc c a 1 ca (thường T0 = 8h)

b) Lưu lượng nước tắm của c ng nhân tại nhà máy

1000

N 40 N 60

Q ca tam _ CN  3  4

(m3/ca) (1.10a)

1000

n 500

T Q

C Q

Q ngđ tam _ CN  ca tam _ CN  gio tam _ CN (m3 ngđ) (1.10c)

+ n: Số vòi tắm (buồng tắm đơn) hoa sen bố trí trong nhà máy;

+ C: Số ca làm việc c a nhà máy trong 1 ngày đêm;

+ T: Số giờ làm việc trong 1 ngày đêm

c) Lưu lư ng nước sản xuất

M q

T

Q Q

SXCN ngđ SXCN

+ T: Thời gian làm việc tính bằng giờ c a nhà máy trong 1 ngày đêm

1.4.2 C ng suất cấp nước v chế độ hoạt động của hệ thống

1.4.2.1 C ng suất cấp nước của hệ thống

C ng suất cấp nước c a hệ thống đư c xác định theo c ng thức 1.12:

c b ).

Q Q

Q Q

Q Q Q Q Q : Lưu lư ng nước sinh hoạt khu dân cư; lưu

lư ng nước tưới cây và rửa đường; lưu lư ng nước cấp cho c ng nhân sinh hoạt, tắm và sản xuất c a khu c ng nghiệp trong ngày đêm;

+ a: Hệ số kể đến lư ng nước dùng cho c ng nghiệp địa phương, tiểu th

c ng nghiệp và các dịch vụ khác nằm xen k trong khu dân cư (a = 1,1);

+ b: Hệ số kể đến lư ng nước rò rỉ (phụ thuộc điều kiện quản lý và xây

dựng) b = 1,1 - 1,15;

+ c: Hệ số kể đến lư ng nước dùng cho bản thân trạm cấp nước (nước rửa

bể lắng, bể lọc…); c = 1,05 - 1,1 (lưu lư ng nhỏ lấy giá trị c lớn và ngư c lại)

Để tiện tính toán ta lập bảng tổng h p lư ng nước tiêu thụ cho thành phố theo từng giờ trong ngày đêm như Phụ lục 06 Từ bảng này ta d dàng tìm đư c

lư ng nước tiêu thụ giờ lớn nhất, đây là số liệu cơ bản sử dụng để tính toán thiết

kế hệ thống cấp nước và các công trình liên quan

1.4.2.2 Chế độ hoạt động của hệ thống

Chế độ làm việc c a các c ng trình trong hệ thống cấp nước kh ng giống nhau, do đó hệ thống cấp nước làm việc kh ng ổn định Bài toán đặt ra là từ những mối quan hệ giữa lưu lư ng và áp lực c a các c ng trình trong hệ thống, tìm cách điều chỉnh để hệ thống làm việc ổn định

a) Sự liên hệ về lưu lượng giữa các c ng trình trong hệ thống cấp nước

- Để các c ng trình xử lý làm việc ổn định về lưu lư ng và đạt hiệu quả xử

lý với chất lư ng tốt thì trạm bơm cấp 1 thường cho làm việc theo chế độ đồng

đều (100%Q HT /24h = 4,17%Q HT /1h)

- Trạm bơm cấp 2 phải làm việc bám sát với chế độ tiêu thụ nước c a đ thị Nhưng do chế độ tiêu thụ nước c a đ thị kh ng đồng đều theo thời gian là chế độ kh ng ổn định nên trạm bơm cấp 2 chỉ làm việc theo chế độ các bậc, tùy theo chế độ trung bình trong những khoảng thời gian xác định c a chế độ tiêu thụ nước đ thị

- Để điều chỉnh sự bất cân bằng giữa các hạng mục c ng trình: trạm xử lý - trạm bơm 2 và trạm bơm 2 - mạng lưới phân phối nước trong đ thị, người ta dùng các bể chứa nước sạch đặt sau các c ng trình trạm xử lý, trước trạm bơm 2; đài nước giữa trạm bơm 2 và mạng lưới phân phối để điều hoà lưu lư ng nước thừa và nước thiếu trong ngày đêm

- Đài nước và bể chứa ngoài nhiệm vụ điều hòa lưu lư ng còn làm nhiệm

vụ dự trữ nước chữa cháy và đài nước còn tạo áp lực đưa nước tới các nơi tiêu dùng

Phương pháp xác định dung tích đài nước và bể chứa đư c thể hiện trong chương 3

b Sự liên hệ về áp lực giữa các c ng trình cấp nước và phương pháp xác định chiều cao đài nước và áp lực c ng tác của máy bơm

Để cấp nước liên tục thì áp lực c a máy bơm hay chiều cao c a đài nước phải đ để đảm bảo đưa nước đến những vị trí cao nhất, xa nhất so với trạm bơm

và đài nước, đồng thời tại điểm đó phải đ 1 áp lực tự do cần thiết để đưa nước đến thiết bị vệ sinh Ví dụ: Áp lực tự do cần thiết: nhà 1 tầng 10 m; nhà 2 tầng

Hình 1.6 Sơ đồ biểu di n mối quan hệ áp lực giữa các c ng trình cấp nước

+ H đ , H b: Độ cao đài nước và áp lực c ng tác c a máy bơm;

+ h đ: Chiều cao c a thùng chứa trên đài;

+ h 1: Tổng tổn thất cột nước trên đường ống dẫn nước từ đài nước đến ng i nhà bất l i nhất;

+ h 2: Tổng tổn thất cột nước trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm tới đài nước

Trạm bơm

Z b

Z đ Đường ống dẫn

nước

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1

1 V sơ đồ cơ bản c a một hệ thống cấp nước, nêu chức năng c a từng

c ng trình trong hệ thống?

2 Các sơ đồ và nguyên tắc lựa chọn hệ thống cấp nước?

3 Chọn tiêu chuẩn dùng nước để thiết kế cấp nước cho một đối tư ng dựa trên những cơ sở nào?

4 Nêu khái niệm hệ số dùng nước kh ng điều hòa ngày, giờ và ứng dụng trong thực tế?

5 Tại sao trong hệ thống cấp nước phải có bể chứa nước sạch?

6 Vai trò c a đài nước trong hệ thống cấp nước?

7 Xác định quy m c ng suất c a trạm cấp nước phải kể đến các thành phần nào? Giải thích và cách xác định các thành phần đó?

8 Cách xác định cột áp c ng tác máy bơm và chiều cao đài nước?

Chương 2 NGUỒN NƯỚC, CÔNG TRÌNH THU NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC

2.1 Nguồn nước

2.1.1 Nguồn nước ngầm

Nước ngầm là loại nước chảy trong mạch kín ở dưới đất do các kiến tạo địa chất tạo nên, có thể là các túi nước liên th ng nhau hoặc là mạch nước chảy sát với tầng đá mẹ Nước ngầm đư c hình thành do nước trên bề mặt thấm qua các lớp đất đư c lọc sạch và giữ lại trong các lớp đất chứa nước, giữa các lớp cản nước Tùy từng kiến tạo địa chất mà nó hình thành nên các hình dạng khác nhau, nước tập trung nhiều s bắt đầu di chuyển và liên kết với các khoang, túi nước khác, dần dần hình thành mạch ngước ngầm lớn nhỏ, tuy nhiên việc hình thành nước ngầm phụ thuộc vào lư ng nước ngấm xuống và phụ thuộc vào

lư ng mưa và khả năng trữ nước c a đất Lớp đất giữ nước thường là cát, sỏi, cuội hoặc lẫn lộn các thứ trên với các cỡ hạt và thành phần khác nhau Lớp đất cản nước thường là đất sét, đất thịt Ðặc điểm chung c a nước ngầm là khả năng di chuyển nhanh trong các lớp đất xốp, tạo thành dòng chảy ngầm theo địa hình Nước ngầm có ưu điểm là rất trong sạch (hàm lư ng cặn nhỏ, ít vi trùng ), xử lý đơn giản nên giá thành rẻ, có thể xây dựng phân tán nên bảo đảm an toàn cấp nước

Theo độ sâu phân bố, có thể chia nước ngầm thành nước ngầm tầng mặt và nước ngầm tầng sâu

Nước ngầm tầng mặt là tầng nước ngầm kh ng áp, thường có độ sâu nhỏ hơn 20 m (vị trí A, hình 2.1) và thường kh ng có lớp ngăn cách với địa hình bề mặt Do vậy, thành phần và mực nước biến đổi nhiều, phụ thuộc vào trạng thái

c a nước mặt, có trữ lư ng ít và rất d bị nhi m

Nước ngầm tầng sâu, thường có độ sâu trên 20 m (vị trí B, C hình 2.1) nằm trong lớp đất đá xốp đư c ngăn cách bên trên và phía dưới bởi các lớp kh ng thấm nước do đó thường là tầng nước có áp, có chất lư ng nước tốt hơn Tại vị trí D s có giếng phun do áp lực nước từ cả hai phía

Lớp đất chứa nước Lớp đất cản nước Chiều dòng chảy

Hình 2.1 Nước ngầm

Nhìn chung nước ngầm có chất lư ng tương đối tốt do nước đư c lọc qua các tầng đất nên có hàm lư ng chất lơ lửng nhỏ Trong nước ngầm thường có các khoáng chất sắt, mangan… và hàm lư ng các kim loại này phụ thuộc vào cấu tạo địa chất từng khu vực nhưng đều lớn hơn tiêu chuẩn cho phép Nhiệt độ nước ngầm thường ổn định trong khoảng 18 - 270C Hiện nay, nước ngầm thường đư c ưu tiên lựa chọn làm nguồn để cấp nước cho sinh hoạt

Như c điểm đối với nước ngầm là thăm dò lâu, khó khăn, đ i khi chứa nhiều sắt và bị nhi m mặn nhất là các vùng ven biển, khi đó việc xử lý tương đối khó khăn và phức tạp Việc khai thác nước ngầm làm ảnh hưởng kh ng tốt đến điều kiện địa chất c a c ng trình (gây nên hiện tư ng lún) Vì vậy, việc khai thác nước ngầm phải đư c tính toán hết sức cẩn thận để đảm bảo kh ng gây ảnh hưởng đến điều kiện địa chất

+ Nước s ng, suối: Thường có lưu lư ng lớn, d khai thác, độ cứng và hàm

lư ng sắt nhỏ Tuy nhiên, nước s ng thường dao động mạnh theo mùa về lưu

lư ng, nhiệt độ, có hàm lư ng cặn cao vào mùa mưa, chứa nhiều chất hữu cơ và

vi trùng do đó giá thành xử lý thường rất cao

+ Nước ao, hồ: Thường có hàm lư ng cặn nhỏ hơn s ng và khá ổn định Tuy nhiên, hàm lư ng cặn c ng dao động theo mùa, mùa mưa lớn, mùa kh nhỏ,

vùng ven hồ ít ổn định hơn vùng xa bờ và giữa hồ

+ Nước biển: Có chứa nhiều muối NaCl và nhiều phù du rong tảo, nhất

là vùng nước gần bờ Thường chỉ dùng cho các đảo và các nước ngh o tài nguyên nước

2.1.3 Nguồn nước mưa

Tại các vùng núi cao thiếu nước, các vùng n ng th n và các vùng hải đảo thiếu nước ngọt thi nước mưa là nguồn nước quan trọng để cấp cho các đơn vị nhỏ hoặc các gia đình Nước mưa tương đối trong sạch, tuy nhiên nó c ng bị nhi m bẩn do rơi qua kh ng khí, mái nhà nên mang theo bụi và các chất bẩn khác Nước mưa thiếu các muối khoáng cần thiết cho sự phát triển cơ thể người

và động vật Với lư ng mưa trung bình khoảng 1.500 - 2.000 mm năm nguồn nước mưa ở nước ta khá phong phú

2.2 C ng trình thu nước

2.2.1 C ng trình thu nước ngầm

a) C ng trình thu nước ngầm mạch n ng: Tùy theo yêu cầu dùng nước,

loại nước ngầm có thể sử dụng đường hầm ngang hoặc giếng khơi để thu nước

mm Ngoài ra có thể xếp đá dăm, đá tảng thành hành lang thu nước, xung quanh

có lớp bọc bằng đá dăm, cuội, sỏi để ngăn cát chui vào

Hiện nay, còn sử dụng ống bê t ng xốp đặt trực tiếp trong lớp đất chứa nước để làm đường hầm ngang thu nước, ống bê t ng xốp đư c chế tạo bằng sỏi

và vữa xi măng mác 400 với liều lư ng 250 kg cho 1 m3

bê tông

C ng suất các đường hầm ngang thu nước khoảng từ vài chục đến vài trăm

m3/ngày

Hình 2.2 Sơ đồ đường hầm thu nước ngang

A Giếng thăm; B Giếng tập trung; C Trạm bơm; D Ống thu nước nằm ngang

* Giếng khơi:

Giếng khơi thường có đường kính: D = 1 - 1,5 m, sâu từ 3 - 20 m, có thể đứng độc lập (dùng nước ít) hoặc 1 nhóm giếng tập trung nước về 1 giếng (dùng nước nhiều) Khi cần lư ng nước lớn hơn có thể xây dựng một nhóm giếng khơi nối vào giếng tập trung bằng các ống xi ph ng hoặc xây giếng có đường kính lớn với các ống nan quạt có l đặt trong lớp đất chứa nước để tập trung nước vào giếng rồi bơm nước lên sử dụng (hình 2.3)

Hình 2.3 Sơ đồ nhóm giếng hơi

Mực nước động Mực nước t nh

TB

Theo hình 2.3, mực nước t nh là mực nước trong giếng khi chưa bơm, mực nước t nh trùng với mực nước ngoài giếng Mực nước động là mực nước trong giếng khi đang bơm hạ xuống và ổn định tương ứng với lưu lư ng hút

Nước chảy vào giếng có thể từ đáy hoặc từ thành bên qua các khe hở ở thành hoặc qua các ống bê t ng xốp dùng làm thành giếng Thành giếng có thể xây bằng gạch, bê t ng xỉ, bê t ng đá hộc tùy theo vật liệu địa phương Khi gặp đất d sụt lở người ta dùng các khẩu giếng bằng bêt ng, gạch, ống sành với chiều cao 0,5 - 1 m rồi đánh tụt từng khẩu giếng xuống cho nhanh chóng và

an toàn Các khẩu giếng nối với nhau bằng vữa xi măng theo tỷ lệ 1:2

Để tránh nước mưa chảy trên mặt kéo theo chất bẩn vào giếng, phải lát nền

và xây bờ xung quanh giếng cao hơn mặt đất chừng 0,8 m, đồng thời phải bọc đất sét dày 0,5 m xung quanh thành giếng từ mặt đất xuống tới độ sâu 1,2 m Vị trí xung quanh giếng nên chọn gần nhà nhưng phải cách xa các chuồng nu i súc vật và nhà vệ sinh tối thiểu là 7 - 10 m Khi chọn vị trí đào giếng cần tham khảo các tài liệu địa chất thuỷ văn và kinh nghiệm dân gian để đỡ phải đào giếng sâu

và thu đư c nước ngầm có chất lư ng tốt

b) Công trình thu nước tầng sâu - Giếng khoan

Giếng khoan là c ng trình thường dùng để thu nước ngầm tầng sâu với lưu

lư ng 5 - 500 l/s (hình 2.4)

Phân loại:

+ Giếng khoan hoàn chỉnh: Đào sâu xuống lớp đất cản nước;

+ Giếng khoan kh ng hoàn chỉnh: Khoan lưng chừng đến tầng chứa nước; + Giếng khoan có áp;

trong thân giếng ở phía trên là các guồng bơm nối với động cơ điện bằng trục đứng hoặc có thể dùng máy bơm nhúng chìm;

+ Ống lọc: Đặt trong tầng chứa nước, nhiệm vụ làm trong nước sơ bộ; + Ống lắng cặn: Đặt ở cuối ống lọc, cao 2 - 5 m, để lắng cặn

Để tránh nhi m bẩn cho giếng bởi nước mặt thấm vào, người ta thường bọc đất sét xung quanh thân giếng dày khoảng 0,5 m với chiều sâu tối thiểu là 3 m

kể từ mặt đất xuống

Hình 2.4 Sơ đồ giếng hoan

2.2.2 Công trình thu nước mặt

Trong thực tế các c ng trình thu nước mặt phần lớn là các c ng trình thu nước s ng C ng trình thu nước s ng nhất thiết phải đặt ở đầu nguồn nước, phía trên khu dân cư và khu c ng nghiệp theo chiều chảy c a s ng Vị trí h p lý nhất

để đặt c ng trình thu nước s ng là nơi bờ và lòng s ng ổn định, có điều kiện địa chất c ng trình tốt; có đ độ sâu cần thiết để lấy nước trực tiếp từ s ng kh ng phải dẫn đi xa Với lý do trên, c ng trình thu thường đư c bố trí ở phía bờ l m

c a s ng; tuy nhiên bờ l m thường bị sói lở nên phải có biện pháp gia cố bờ

C ng trình thu nước mặt có 2 loại cơ bản: c ng trình thu nước gần bờ và c ng trình thu nước xa bờ

a) C ng trình thu nước gần bờ

Điều kiện áp dụng: Tại vị trí lấy nước ở bờ nước sâu, trong, cấu tạo địa chất tốt

Đặc điểm và phân loại:

+ Trạm bơm có thể đặt ngay ở bờ kết h p với c ng trình thu (hình 2.5a) Yêu cầu: Bờ đất phải tốt Ưu điểm: Giá thành xây dựng rẻ, chi phí quản lý ít; + Trạm bơm làm riêng r , xa bờ, tách rời c ng trình thu (hình 2.5b);

+ Công trình thu thực chất là 1 bể chứa nước gồm nhiều gian, m i gian chia

2 ngăn: Ngăn ngoài lắng sơ bộ và ngăn trong là ngăn hút trong trạm bơm Nước

từ s ng vào ngăn thu qua các cửa thu nước; cửa phía trên thu nước mưa l , cửa phía dưới thu nước mùa kh Ngăn thu còn gọi là ngăn lắng vì ở đây một phần các hạt cặn, cát, phù sa trong nước đư c giữ lại Tại cửa thu nước có đặt các song chắn làm bằng các thanh thép d = 10 - 16 mm và cách nhau 40 - 50 mm để ngăn các vật nổi trên s ng (rác, c i, cây ) kh ng đi vào c ng trình thu Từ ngăn thu, nước qua các lưới chắn để vào ngăn hút là nơi bố trí các ống hút c a máy bơm Lưới chắn làm bằng các s i dây thép d = 1 - 1,5 mm với kích thước mắt lưới (2x2) đến (5x5)

để giữ lại các rác, rong rêu có kích thước nhỏ ở trong nước Tốc độ nước chảy qua song chắn thường từ 0,4 - 0,8 m s, qua lưới chắn từ 0,2 - 0,4 m/s

Hình 2.5 C ng trình thu nước gần bờ

b) C ng trình thu nước xa bờ (C ng trình thu giữa lòng s ng)

- p dụng: Khi bờ s ng mực nước n ng, bờ thoải, mực nước dao động lớn

- Đặc điểm: Cửa thu nước (có song chắn rác) đư c đưa ra cố định dưới đáy

s ng, dùng ống tự chảy về, trạm bơm có thể kết h p hoặc phân ly với c ng trình thu (hình 2.6)

Hình 2.6 C ng trình thu nước lòng s ng

1 Nhà trạm bơm; 2 Ngăn thu nước; 3 Bể hút trạm bơm; 4 Họng thu nước;

5 Ống hút; 6 C ng trình dẫn nước là kênh hở hoặc đường ống; 7 Cửa chắn rác;

8 Cờ báo hiệu; 9 Máy bơm; 10 Ống hút; 11 Ống đẩy

2.3 Xử lý nước

2.3.1 Tính chất nước thiên nhiên v yêu cầu chất lượng nước cấp

2.3.1.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng cấp nước

a) Về phương diện vật lý

* Nhiệt độ: Nhiệt độ c a nước thay đổi theo nhiệt độ c a kh ng khí, nhất là nước mặt, nhiệt độ c a nước liên quan trực tiếp đến người sử dụng và quá trình sản xuất

* Độ đục hay độ trong: Biểu thị lư ng các chất lơ lửng (như cát, sét, bùn, các h p chất hữu cơ) có trong nước độ đục, tính bằng mg l

Độ trong đư c đo bằng cột nước tối đa mà qua nó từ trên nhìn xuống người

ta đọc đư c chữ tiêu chuẩn hoặc dấu thập

* Độ màu: Nước có thể có màu do các h p chất hoà tan hoặc các chất keo gây ra Độ màu đo theo thang màu Platin - coban và tính bằng độ

* Mùi vị: Nước có thể có mùi bùn, mùi mốc do các thực vật thối rữa gây ra, mùi tanh do sắt hay mùi thối c a hyđrosulphur, một số h p chất hoà tan có thể làm cho nước có vị đặc biệt như mặn, chát, chua

b) Về phương diện hoá học

* Cặn toàn phần (mg/l): Bao gồm tất cả các chất v cơ và hữu cơ có trong

nước, kh ng kể các chất khí Xác định bằng máy đo nhanh hoặc đun cho bay hơi

1 dung tích nước nguồn nhất định ở nhiệt độ 105 đến 1100C cho đến khi trọng

2.3.1.2 Yêu cầu đối với chất lượng nước cấp

Nước cấp cho sinh hoạt và ăn uống phải trong sạch, kh ng độc hại, kh ng chứa các vi trùng gây bệnh Tiêu chuẩn chất lư ng nước sạch dùng để thiết kế các c ng trình xử lý nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt có thể tham khảo phụ lục 07

Yêu cầu chất lư ng nước cấp cho các nhu cầu sản xuất đa dạng tùy thuộc vào tính chất c a quá trình sản xuất

2.3.2 Các phương pháp v dây chuyền c ng nghệ xử lý nước cấp

Trên thực tế, ta phải thực hiện các quá trình xử lý sau đây: Làm trong và khử màu, khử sắt, khử trùng và các quá trình xử lý khác như làm mềm, làm nguội, khử muối Các quá trình xử lý trên có thể thực hiện theo các phương pháp sau:

* Phương pháp cơ học: Như dùng song và lưới chắn rác, lắng tự nhiên, lọc qua lưới ;

* Phương pháp vật lý: Như khử trùng bằng tia tử ngoại, làm nguội nước;

* Phương pháp hóa học: Như keo tụ bằng ph n, khử trùng bằng clo, làm mềm bằng v i

Tập h p các c ng trình và thiết bị để thực hiện các quá trình xử lý theo một hoặc một số phương pháp gọi là dây chuyền c ng nghệ xử lý nước Tuỳ thuộc vào chất lư ng nước nguồn và yêu cầu chất lư ng nước cấp mà có các dây chuyền c ng nghệ xử lý khác nhau

Khi dùng nguồn nước mặt thì phải làm trong, khử màu và khử trùng; còn khi dùng nước ngầm thì phổ biến là khử sắt và khử trùng

2.3.2.1 Dây chuyền c ng nghệ xử lý nước mặt

Xử lý nước mặt ch yếu là c ng đoạn làm trong và khử trùng: Làm trong là quá trình tách các tạp chất lơ lửng gây ra độ đục c a nước Khử màu th ng thường là loại trừ các tạp chất làm cho nước có màu, ch yếu là các h p chất keo

có kích thước hạt trong khoảng 10-4 đến 10-6 mm Nước mặt thường đục và có màu nên hai quá trình này đư c thực hiện đồng thời Có hai phương pháp xử lý:

* Xử lý có hóa chất keo tụ: Dùng khi c ng suất nhỏ, nước nguồn có độ đục

và độ màu trung bình;

* Xử lý kh ng dùng hóa chất keo tụ:

Cặn bẩn trong nước thiên nhiên ch yếu là hạt cát, sét, bùn, sinh vật phù

du, sản phẩm phân h y các chất hữu cơ Các hạt cặn lớn có khả năng tự lắng trong nước, còn cặn bé ở trạng thái lơ lửng Trong kỹ thuật xử lý nước bằng các biện pháp xử lý cơ học như lắng t nh, lọc chỉ có thể loại bỏ những hạt có kích thước lớn hơn 10-4

mm còn những hạt cặn có đường kính d < 10-4 mm phải áp dụng xử lý bằng phương pháp lý hóa

Đặc điểm cơ bản c a hạt cặn bé là do kích thước v cùng nhỏ nên có bề mặt tiếp xúc rất lớn trên một đơn vị thể tích, các hạt cặn này d dàng hấp thụ, kết bám với các chất xung quanh hoặc lẫn nhau để tạo ra b ng cặn to hơn Mặt

khác, các hạt cặn đều mang điện tích và chúng có khả năng liên kết với nhau hoặc đẩy nhau bằng lực điện từ Tuy nhiên, trong m i trường nước, do các lực tương tác giữa các hạt cặn bé hơn lực đẩy do chuyển động nhiệt nên các hạt cặn

lu n lu n tồn tại ở trạng thái lơ lửng

Bằng việc phá vỡ trạng thái cân bằng động tự nhiên c a m i tường nước s tạo các điều kiện thuận l i để các hạt cặn dính kết với nhau thành các hạt cặn lớn hơn và d xử lý hơn Trong c ng nghệ xử lý nước là cho theo vào nước các hóa chất làm nhân tố keo tụ các hạt cặn lơ lửng

a) Dùng hóa chất để keo tụ và khử trùng

Hình 2.7 Sơ đồ c ng nghệ dùng hóa chất để eo tụ

Hóa chất ch yếu dùng là Clo để khử trùng và ph n Al2(FeSO4)3.24H2O

p dụng: Áp dụng cho nguồn nước mặt có hàm lư ng cặn lơ lửng và độ màu bắt kỳ với các trạm c ng suất bất kỳ, thường ≥ 200.000 m3 ngđ với các mức

cơ giới hóa khác nhau hoặc tự động hóa hoàn toàn

m3 ngđ Về nguyên tắc sơ đồ này kh ng khử đư c độ màu

2.3.2.2 Sơ đồ dây chuyền c ng nghệ xử lý nước ngầm

Khi xử lý nguồn nước ngầm ch yếu gồm khử sắt và khử trùng

a) Khử sắt

Nước cấp thường gặp nguồn chứa sắt ở dạng muối hoà tan Fe(HCO3)2 Để loại trừ sắt trong các nguồn nước này người ta sử dụng rộng rãi phương pháp oxi hoá sắt bằng xi c a kh ng khí Phương pháp này có thể chia làm hai loại:

* Khử sắt bằng làm thoáng

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc sau: Nước ngầm đư c phun thành các hạt nhỏ để tăng diện tích tiếp xúc với kh ng khí, nhờ vậy nước hấp thụ xi trong kh ng khí và một phần khí cacbonic hoà tan trong nước s tách ra khỏi nước Sau đó xi s xi hóa Fe++

thànhFe+++ Sắt hoá trị 3 tiếp tục thuỷ phân tạo thành sắt hyđr xit kết t a Fe(OH)3 Cuối cùng các cặn hyđr xit sắt đư c tách ra khỏi nước bằng lắng và lọc

Để phản ứng xi hoá và thuỷ phân sắt xảy ra nhanh và triệt để, nước phải

có độ kiềm thích h p và 7 < pH < 7,5

Hình 2.9 Sơ đồ c ng nghệ hử sắt bằng làm thoáng, lắng tiếp xúc và lọc

Khi trạm có c ng suất lớn, người ta thay dàn mưa bằng thùng quạt gió, trong thùng này kh ng khí đư c đưa vào nhờ thùng quạt gió Vì vậy, còn gọi là thùng làm thoáng nhân tạo Thùng quạt gió có diện tích nhỏ hơn thùng dàn mưa

10 - 15 lần

Khi hàm lư ng sắt trong nước ngầm nhỏ hơn 10 mg l có thể thay bể lắng tiếp xúc bằng một bể tiếp xúc đơn giản, có dung tích bằng 0,3 - 0,5 lần bể lắng tiếp xúc Nếu hàm lư ng sắt trong nước nhỏ hơn 9 mg l, có thể thực hiện phun mưa trực tiếp trên bề mặt lọc

* Khử sắt bằng làm thoáng đơn giản và lọc nhanh

Hình 2.10 Sơ đồ c ng nghệ hử sắt bằng làm thoáng đơn giản và lọc nhanh

Phương pháp này rất đơn giản, cho nước tràn qua miệng ống đặt cao hơn bể lọc khoảng 0,5 m Dần dần trên bề mặt các hạt cát lọc s tạo thành một lớp màng

có cấu tạo từ các h p chất c a sắt Màng này có tác dụng xúc tác đối với quá trình phản ứng xi hoá và thuỷ phân xảy ra trong lớp cát lọc Tuy vậy, phương pháp này chỉ sử dụng đư c khi trong nước ngầm có hàm lư ng sắt < 9 mg/l; pH

> 6,8 và tỷ lệ Fe3+/Fetp trong nước lọc kh ng vư t quá 30 , tức là bảo đảm những điều kiện hình thành lớp màng xúc tác

Khi nước nguồn có độ kiềm thấp, người ta phải đưa thêm v i vào để kiềm hoá nước

b) Khử trùng

Sau khi qua bể lắng, bể lọc, phần lớn vi trùng ở trong nước đã bị giữ lại (90 )

và bị tiêu diệt Tuy nhiên, để bảo đảm an toàn vệ sinh, phải khử trùng nước

Phương pháp khử trùng thường dùng nhất là clo hoá, tức là sử dụng clo hoặc các h p chất c a clo như clorua v i CaOCl2, zaven NaOCl là những chất

xi hoá mạnh có khả năng diệt trùng

Ngoài các phương pháp clo hoá, trên thế giới còn sử dụng các phương pháp sau:

- Dùng tia tử ngoại: Dùng một loại đ n phát ra tia tử ngoại để diệt trùng, phương pháp này đơn giản nhưng thiết bị đắt, hay hỏng và tốn điện (10 - 30 kw/1.000 m3 nước);

- Dùng ôzôn: Khi đưa z n vào nước s tạo ra xi nguyên tử có khả năng diệt trùng;

- Dùng sóng siêu âm: Dùng thiết bị phát ra sóng siêu âm tần số 500 kHz, vi trùng s bị tiêu diệt

2.3.2.3 Các c ng trình làm trong và khử sắt

a) Bể lắng

Gồm có các loại: bể lắng đứng, bể lắng ngang, bể lắng ly tâm và bể lắng có tầng cặn lơ lửng